Question

18．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率．已知铝灰主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃），其制备实验流程如图1：

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）加30%的H₂O₂溶液的目的是氧化Fe²⁺为Fe³⁺，有利于在沉铁过程中除去．
（3）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：
4[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]$\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$2Al₂O₃+2NH₃↑+N₂↑+5SO₃↑+3SO₂↑+53H₂O，将产生的气体通过如图2所示的装置．
①集气瓶中收集到的气体为N₂（填化学式）．
②KMnO₄溶液褪色（MnO₄^-还原为Mn²⁺），此褪色过程中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：5．

Answer 1

分析 铝灰的主要成分为Al₂O₃（含少量杂质SiO₂、FeO、Fe₂O₃）加稀硫酸，Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃转化为离子，SiO₂不溶于硫酸，过滤，滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加双氧水，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，加入K₄[Fe（CN）₆]Fe³⁺转化为沉淀，过滤，在滤液中加入硫酸铵，生成NH₄Al（SO₄）₂，结晶、干燥、煅烧得到α-Al₂O₃，
（1）Al₂O₃与硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；
（3）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的气体NH₃和SO₃被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收；
②KMnO₄与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子．

解答 解：（1）Al₂O₃与硫酸反应生成硫酸铝和水，其反应的方程式为：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
故答案为：Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）滤液中含有Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，加30%的H₂O₂溶液Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，有利于生成氢氧化铁沉淀而除去，
故答案为：氧化Fe²⁺为Fe³⁺，有利于在沉铁过程中除去；
（3）①NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O分解生成的气体NH₃和SO₃被亚硫酸钠吸收，二氧化硫被高锰酸钾吸收，所以最后集气瓶中收集到的气体是N₂；
故答案为：N₂；
②酸性条件下，KMnO₄与二氧化硫反应生成硫酸根离子和锰离子，其反应的离子方程式为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：5，
故答案为：2：5．

点评 本题以氧化铝提取工艺流程为载体，综合考查元素化合物性质及相互转化、氧化还原、离子方程式、实验基本操作等知识点，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握制备原理，把握物质的性质以及相关反应方程式的书写，题目难度中等．